Giải pháp thu hồi chất dinh dưỡng từ rác thải sinh hoạt

Xử lý rác thải đã trở thành một trong nhiều chương trình trọng điểm của các đô thị ở Việt Nam. Trong những năm gần đây có khá nhiều cuộc họp, hội thảo về xử lý rác thải, nghiệm thu hoặc xét duyệt các đề tài nghiên cứu khoa học về lựa chọn công nghệ xử lý rác thải. Tuy nhiên trong các công nghệ được xem xét, công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt hữu cơ thành phần vi sinh phục vụ cho cây trồng được chú ý nhiều hơn cả.

Lý do chính là vì công nghệ này giải quyết được vấn đề cơ bản là ngăn chặn sự thoái hóa của môi trường. Chế biến rác hữu cơ thành phần vi sinh sẽ tạo ra một sản phẩm có giá trị cho xã hội nếu toàn bộ chất hữu cơ trong rác thải sinh hoạt (60 – 80%) được tái chế tận dụng triệt để.

Chế biến phân hữu cơ (compost) là một hình thức tái chế rất hữu hiệu các chất thải hữu cơ và có tiềm năng để sản xuất các loại sản phầm làm màu mỡ đất, không gây ô nhiễm và có khả năng làm tăng tỉ lệ tận thu các loại chất thải có thể tái chế được. Phương thức này có thể góp phần quản lý hiệu quả hơn chất thải sinh hoạt. Ở Việt Nam đã có các nhà máy chế biến xử lý theo phương thức này, đồng thời đang tiến hành nghiên cứu và triển khai nhân rộng ở các đô thị khác.

Nội dung và kết quả nghiên cứu.

Một trong những mục tiêu quan trọng của xử lý rác làm phân compost là giảm thiểu tối đa việc thất thoát các chất dinh dưỡng có trong rác thải và chế biến chúng thành các chấ mùn. Trong các chất dinh dưỡng Nito (N), Photpho (P) và Kali (K) thì N là chất quan trọng nhất. P và K và một số chất dinh dưỡng khác thường bị mất trong thành phần nước rỉ rác do độ ẩm trong đống ủ quá lớn hoặc do nước mưa thấm vào trong các đống ủ không có kết cấu bao che tốt. Vì vậy việc duy trì các nguyên tố dinh dưỡng này không quá khó. Việc quan trọng hơn cả là việc duy trì nguyên tố N trong quá trình ủ. Khi phân hủy các chất hữu cơ giàu N (ví dụ protein, đạm,..) các phản ứng amoni hóa sẽ tạo ra NH₄⁺ hòa tan và khí NH₃, Cân bằng này sẽ chuyển dịch ở dạng NH₄⁺ nếu pH < 7 và ở dạng NH₃ nếu pH >7. Do tính chất dễ bay hơi, một lượng lớn khí NH₃ thất thoát qua các lỗ hổng trong đống ủ và phát tán vào môi trường, Chỉ có amoni ở dạng NH₄⁺ ở dạng hòa tan thì vi sinh vật mới có thể hấp thụ và chuyển hóa chúng sang các dạng nitrit và nitrat. Nhưng các hợp chất này có thể bị thất thoát qua lượng nước rác khi độ ẩm của đống ủ quá cao. Điều quan trọng nhất trong quá trình ủ phân compost là sự phối trộn giữa nitơ – amoni và các hợp chất mùn vì nitơ luôn tồn tại ở dạng bền khi phân ở dạng mùn.

Sự bảo tồn nitơ có thể sử dụng các kỹ thật mới về quản lý và lọc sinh học không khí, có thể thu được 95% mức thất thoát, 50% nitơ dưới dạng khí trong quá trình ủ compost, làm cho quy trình ủ compost có thể kiểm soát bằng lọc sinh học trở thành kỹ thật bảo tồn nitơ hiệu quả nhất. Phân compost trong bể lọc sinh học dùng làm chất gom nitơ, tạo ra các kỹ thật mới có thể sử dụng bộ lọc sinh học như một bộ phận của quy trình xử lý làm phân compost. (Hình 1)

• Kết quả nghiên cứu điển hình tại nhà may phân hữu cơ Cầu Diễn – Hà Nội, với công nghệ xử lý phối trộn bùn tự hoại với rác thải hữu cơ là công nghệ tiên tiến được nhập từ Tây Ba Nha, ta có thể thấy được sự thất thoát các chất dinh dưỡng trong công nghệ xử lý từ đó tìm ra các giải pháp phù hợp nhằm tận thu tối đa nguồn dinh dưỡng này phục vụ cho cây trông. Theo một số nghiên cứu thực tế, trong quá trình xử lý rác thải hữu cơ việc trộn thêm phân bùn làm tăng nguồn dinh dưỡng cho rác thải sẽ thúc đẩy quá trình ủ và cho lượng phân bón có giá trị cao. Việc trộn lẫn phân bùn và rác thải rắn đô thị tạo điều kiện thuận lợi vì hai loại vật liệu này bổ sung cho nhau: Phân bùn có hàm lượng Nito và độ ẩm cao trong khi đó rác thải hữu cơ có hàm lượng cacbon hữu cơ cao và cho sự phát triển của cây trông. Rác trước khi đưa vào ủ háo khí phải đảm bảo tỉ lệ C/N là 30 – 35%

Thông qua việc tính toán và thiết lập sơ đồ, ta có thể rút ra những nhận xét sau:

• Trong quá trình ủ lên men và ủ chín, lượng nito đã bị thất thoát do bay hơi vào khí quyển là khá lớn.
• Trong quá trình sàng và tinh chế các sản phẩm sau ủ để có được hỗn hợp mùn (phân compost), một phần nitơ đã bị tổn thất và đi vào môi trường đất (thông qua các hoạt động loại bỏ các chất hữu cơ khó phân hủy kích thước lớn hơn 1,5cm)

Þ Giải pháp: Để thu hồi lượng nitơ thất thoát đi vào khí quyển trong hai quá trình này cần: khống chế các thông số nhiệt độ, độ pH, độ ẩm trong từng giai đoạn ủ, chẳng hạn như cần kiểm soát thời gian và chế độ cấp khí để có thể bổ sung độ ẩm tương ứng trong từng giai đoạn ủ thích hợp nhất, tránh lãng phí điện năng và bổ sung độ ẩm quá nhiều. Để tận thu được phần nitơ bị thất thoát đi vào môi trường đất cần tiếp tục xử lý các phần hữu cơ khó phân hủy (chưa phân hủy hết trong quá trình ủ hiếu khí) đã đươc tách loại sau tinh chế mùn bằng phương pháp ủ sinh học yếm khí.

• Tỉ lệ giữa hàm lượng chất hữu cơ trước và sau khi ủ thấp vì lượng chất hữu cơ đã bị tổn thất đo vào môi trường không khí do bay hơi

Þ Giải pháp: Lượng hữu cơ bị thất thoát sau khi ủ chính và tinh chế có thể thu hồi bằng cách tiếp tục xử lý bằng ủ yếm khí để tận thu nguồn dinh dưỡng, hạn chế ô nhiễm môi trường.

• Nhờ có sự phối trộn và phân bùn tự hoại nên tỷ lệ C/N của hỗn hợp trước khi đưa vào ủ đã đả bảo tương đối hợp lý để duy trì tốc độ phân hủy của vi sinh vật tôi ưu (trước khi đưa vào ủ lên men và ủ chính, tỉ lệ C/N tương ứng là 34,72 – 25,6). Chất lượng phân đầu ra: Hàm lượng nitơ từ 1,15 – 2,5; hàm lượng Cacbon > 13%. Tuy nhiên, trong thực tế trước và trong quá trình ủ lên men, tỷ lệ C/N đôi khi quá cao hoặc quá thấp cần kiểm tra các thông số ảnh hưởng đến tỷ lệ này như T^o, độ pH,… để có được tỉ lệ hợp lý khoảng 25 – 30%
• Chất lượng mùn có tỉ lệ hữu cơ (OM) là thấp so với tiêu chuẩn cho phép, nguyên nhân do tỷ lệ C/N sau u chín đã bị giảm đáng kể chỉ còn 7,88. Thành phần mùn hữu cơ là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phân hữu cơ. Hiện nay, tổng lượng Cacbon hữu cơ bị tổn thất trong quá trình xử lý của nhà máy lên tới gần 70% làm cho chất lượng mùn đầu ra thấp hơn sơ với tiêu chuẩn phân hữu cơ khoáng và phân hữu cơ sinh học. Do đó nhà máy cần phải bổ sunh thêm mới đạt yêu cầu. Điều này làm tăng giá thành bán phân bọn.

Þ Các biện pháp kỹ thuật để thu hồi các chất dinh dưỡng trong quá trình ủ rác:

• Đối với nước rác: Sau khi nước rác được tập trung về các hố thu, ở đây cần có các thiết bị đo lưu lượng nước rác để bổ sung đúng độ ẩm cần thiết cho đống ủ, tránh bơm theo cảm tính như hiện nay làm cho độ ẩm đống ủ có thể bị quá cao hoặc quá thấp. Nước rỉ rác sau đó phải được bơm tuần hoàn lại ngay cho các bể ủ, tránh để nước rác bị lưu giữ lâu, nitơ amoni sẽ bị chuyển hóa sang các dạng nitrat và bị vi khuẩn phân hủy nhanh, gây mất cân bằng C/N
• Thường xuyên bổ sung độ ẩm kịp thời nhưng luôn đảm bảo sao cho độ ẩm trong đống ủ không quá cao sẽ gây mất nitrat, nitrat qua nước rác. Cố gắng sử dụng tối đa độ ẩm từ phân bùn hoặc nước rác bổ sung (chỉ thêm nước sạch khi quá khô) để tận thu được tối đa các chất dinh dưỡng, tránh sự thất thoát ra các nguồn nước mặt gây ô nhiễm môi trường.
• Tùy thuộc vào sự thay đổi theo mùa, theo thành phần rác đưa vào nhà máy để lựa chọn tỉ lệ phối trộng rác hữu cơ và phân bùn hợp lý nhất bằng cách xây dựng các mô hình theo dõi thử nghiệm.

Kết luận.

• Các chất hữu cơ có vai trò hết sức quan trọng đối với độ phì của đất và dinh dưỡng của cây trồng. Nó ánh hưởng quyết định đến sự tạo thành và làm bền vững cấu trúc đất. Chất hữu cơ có khả năng tương tác với các chất dinh dưỡng, điề phối theo như cầu của cây trồng, đồng thời giữ độ ẩm tối ưu cho cây trồng, khử nhiều lại độc tố, tạo thành hệ tổng thể đảm bao duy trì độ phì nhiêu của đất và sự phát triển của cây trồng. Qua thực tế sử dụng cho thấy, phân bón hữu cơ chế biến từ rác hữu cơ sinh hoạt là một trong những loại phân có chất lượng tốt. Ngoài các nguôn tố đa lượng quan trọng như đam, lân,kali, nó còn có nhiêu nguyên tố vi lượng khác giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển bền vững. Phân hữu cơ chế biến từ rác thải sinh hoạt không chỉ cung cấp nguồn dinh dưỡng cho cây trồng mà nó còn có tác dụng chống thoái hóa, ô nhiễm đất, đặc biệt giúp cho sản xuất nông nghiệp bớt lệ thuộc một phần vào sử dụng phân vô cơ. Mong rằng trong thời gian tới, công nghệ xử lý rác thải bằng phương pháp sinh học sẽ được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn để nó thực sự có thể áp dụng ở nhiều địa phương theo nhiều quy mô khác nhau và tận thu được nguồn dinh dưỡng tối đa nhất phục vụ cho cây trông.